【正文】 目 錄 第1節(jié) 引 言……………………………………………………………………………3 藝術(shù)彩燈功能概述………………………………………………………………3第2節(jié) 彩燈原理與系統(tǒng)設計框架………………………………………………………5 彩燈原理介紹 ………………………………………………………………… 5 系統(tǒng)設計框架 …………………………………………………………………6 系統(tǒng)技術(shù)方案 …………………………………………………………………8第3節(jié) 藝術(shù)彩燈硬件設計 ……………………………………………………………13 系統(tǒng)電源………………………………………………………………………14 交流檢測電路 …………………………………………………………………14 LED控制電路…………………………………………………………………15第4節(jié) 藝術(shù)彩燈軟件設計 ……………………………………………………………16 系統(tǒng)總流程……………………………………………………………………17 狀態(tài)內(nèi)部流程 …………………………………………………………………19第5節(jié) 系統(tǒng)編程實現(xiàn)（匯編）…………………………………………………………20 變量定義與初始化程序模塊…………………………………………………20 T1~T8狀態(tài)的程序?qū)崿F(xiàn)………………………………………………………22 PWM計數(shù)模塊實現(xiàn)…………………………………………………………31 交流檢測模塊實現(xiàn)……………………………………………………………32第6節(jié) 系統(tǒng)調(diào)試………………………………………………………………………35 電源的調(diào)試……………………………………………………………………35 單片機調(diào)試……………………………………………………………………36 綜合調(diào)試………………………………………………………………………37結(jié)束語…………………………………………………………………………………38參考文獻…………………………………………………………………………………39基于單片機控制的藝術(shù)彩燈設計第1節(jié) 引 言 單片機在日常生活中的應用遠處不在，結(jié)合日常生活中時常能見到的藝術(shù)彩燈，如居家的床頭彩燈、節(jié)日慶典使用的高亮度彩燈等，實現(xiàn)單片機在此方面的應用。藝術(shù)彩燈結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，在目前居家個性化的要求下，它具有極好的市場前景。 藝術(shù)彩燈功能概述 彩燈可以通過定時或隨用戶要求來變換不同的色彩。傳統(tǒng)的彩燈一般只有3種顏色，分別對應3種顏色的燈光，當需要其中某種顏色的時候，點亮該顏色的燈泡，熄滅其他顏色的燈泡；先進的彩燈利用三基色原理做簡單的混合，其控制系統(tǒng)只是幾個開關(guān)或按鈕；目前市面最為常用的彩色燈大都利用惰性氣體在電極作用下變色的原理制作，工藝要求嚴格。但我們這次的設計利用價格低廉的51系統(tǒng)單片機控制基色LED燈泡，從而實現(xiàn)豐富的色彩變化。利用三基色原理的藝術(shù)彩燈的功能如下：（1）實現(xiàn)七彩顏色變化利用3個獨立的單色LED燈泡進行組合搭配，使單個彩燈可有7種不同的顏色。（2）設置色彩變換的快慢用戶可自行設定彩燈色彩的變換快慢，并可隨時修改這種設置。此外，系統(tǒng)還自我缺省地設置了一組節(jié)奏。通過藝術(shù)彩燈設計，可以很好地了解51系統(tǒng)單片機EM78P153的定時器控制和單片機中斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換技術(shù)的綜合使用方法，這主要表現(xiàn)在以下5個方面。（1） 藝術(shù)彩燈結(jié)構(gòu)簡單，并且具備了最小實用單片機系統(tǒng)的基本構(gòu)成?？梢郧宄O計和實現(xiàn)一個單片機實用系統(tǒng)需要哪些外圍設備的基本電路，以及如何使用單片機內(nèi)部計數(shù)器并調(diào)用中斷。（2） 藝術(shù)彩燈利用PWM調(diào)制控制基色LED燈泡：利用單片機內(nèi)部的兩個計數(shù)器，通過比較它們的狀態(tài)來調(diào)節(jié)基色LED的亮度。這種PWM調(diào)制的實現(xiàn)技術(shù)是最簡單的一種，如果內(nèi)部計數(shù)器狀態(tài)穩(wěn)定，則PWM調(diào)制效果較好。（3） 藝術(shù)彩燈使用了單片機的系統(tǒng)中斷功能：系統(tǒng)主要由8種狀態(tài)組成，每一種狀態(tài)對應于一個設定的中斷號，執(zhí)行該中斷使得彩燈呈現(xiàn)出一種顏色。（4） 藝術(shù)彩燈使用了單片機的I/O口交流檢測功能：單片機I/O連接交流檢測電路，利用它來檢測交流過零；利用采集的檢測值同步基色LED燈光的亮度變化。（5） 藝術(shù)彩燈使用了簡潔的系統(tǒng)電源和LED燈泡控制電路：系統(tǒng)電源的設計采用了常見的全橋整流；LED燈泡控制則利用NPN和PNP三極管的截止電壓實現(xiàn)。第2節(jié) 彩燈原理與系統(tǒng)設計框架 彩燈原理介紹系統(tǒng)根據(jù)三基色原理，以紅、綠、藍3種基本顏色組成一個可變的單元，將紅綠藍3種基色LED燈泡放到磨沙的玻璃罩內(nèi)，3種基色光經(jīng)混合后，便可對外呈現(xiàn)7種顏色。系統(tǒng)還利用單片機I/O口的PWM調(diào)制來調(diào)節(jié)LED亮度，使各種顏色之間的變化柔和；還可以進行外部設置，如設置顏色變化的周期、起始的顏色以及呈現(xiàn)不同的景象。1. 彩燈實現(xiàn)原理系統(tǒng)3個且有獨立顏色的LED燈泡，根據(jù)三基色原理，這3個LED的發(fā)光顏色為紅、綠、藍。如圖21所示，3個具有獨立發(fā)光顏色的LED將按照該色度三角的特性進行組合，使得彩燈呈現(xiàn)不同的色彩。三基色原理的基本公式如下：紅色+藍色+綠色＝白色紅色+藍色＝紫色藍色+綠色＝青色紅色+綠色＝黃色紅紫紅橙紫黃藍紫黃綠藍綠青藍綠綠藍圖21 三基色原理（色度三角）利用如圖21所示的色度三角，三基色紅、綠、藍可以混合出它們之間連線上的顏色：例如，當紅色LED和綠色LED亮度相同，而藍色LED熄滅時，彩燈將呈現(xiàn)黃色；若此時紅色LED的亮度大于綠色LED的亮度，彩燈將呈現(xiàn)偏紅的橙色；若紅色LED的亮度小于綠色LED的亮度，彩燈將呈現(xiàn)偏綠的黃綠色。當3個LED燈光的亮度相同時，彩燈將呈現(xiàn)魄，其光線類似于白熾燈。2. 色彩變換的實現(xiàn)LED燈泡發(fā)光恒定，若要達到色彩變換的效果還需利用單片機控制各色LED發(fā)出不同亮度的燈光?？刂芁ED亮度需要利用單片機I/O口的PWM來實現(xiàn)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換，D/A轉(zhuǎn)換的實質(zhì)是對某一固定頻率的脈沖進行占空比調(diào)節(jié)。色彩變換可以轉(zhuǎn)化為通過調(diào)節(jié)占空比來調(diào)節(jié)LED燈光亮度，進而利用色度三色調(diào)出所需色彩。3. 色彩轉(zhuǎn)換分析系統(tǒng)利用韸機控制連接紅、綠、藍3個LED的I/O口，使其產(chǎn)生不同的波形即可得到如圖21所示的顏色。假設通過接口電路在韸機I/O口連接好基色LED，I/O口輸出PWM波形控制LED的燈光亮度，其亮度波形如圖22所示。圖22 基色LED的燈光亮度波形圖22顯示了紅色LED、綠色LED和藍色LED在單片機控制下的亮度波形。000、001這樣的二進制編碼為三基色的聯(lián)合狀態(tài)值，3位編碼分別表示紅、綠、藍。其中，0表示熄滅；1表示亮度達到最大值。該波形是一個時序圖，例如藍色LED在T0~T3時間段熄滅；在T3~T4時間段漸漸亮起來，直到最亮。 在T4~T6時間段保持最亮；在T6~T7時間段漸漸暗下。 系統(tǒng)設計框架彩燈需要定時變換燈光色彩，也可以根據(jù)用戶設定的方式變換色彩。這要求系統(tǒng)具備一定的控制功能，并要為用戶提供可操作的接口。另外，還需要選用特殊的燈光來變換色彩；最后，系統(tǒng)將孵出功能接口，使用戶能同時使用多個彩燈。1. 單片機控制單片機主要完成定時控制和彩燈色彩變換控制，它不負責驅(qū)動彩燈。由于單片機是弱電系統(tǒng)，它只能給出控制使能信號，而使能后的動作由具體電路來實現(xiàn)。圖23所示說明了單片機的控制模塊和基本功能劃分。具體實現(xiàn)的功能描述如下:（1） 系統(tǒng)利用單片機內(nèi)部的計數(shù)/計時器來實現(xiàn)計時，完成燈光色彩的變換。（2） 利用單片機產(chǎn)生PWM波形，實現(xiàn)交流控制。（3） 響應并保存用戶的自行設置。中斷程序彩燈色彩轉(zhuǎn)換控制彩燈開關(guān)控制PWM調(diào)制系統(tǒng)單片機控制單元MCU圖23 單片機控制模塊2. 燈泡的選定LED燈光具有發(fā)熱顯低、耗電量少、壽命長的特點，可平面封閉用于各式燈飾照明，配合不同燈罩后適用于各種場所。LED亮度恒定、無閃爍感、能耗小、不發(fā)熱，所以選擇這種LED燈光可以讓彩燈的色彩變換比較柔和，燈光色彩穩(wěn)定。3. 系統(tǒng)框架設計圖24所示是系統(tǒng)的電路原理圖圖24 系統(tǒng)電路原理圖系統(tǒng)選用的單片機型號為EM78P153E，它的指令與51單片機相兼容，屬于51系列。該單片機內(nèi)部集成了可編程RC振蕩器和復位電路。由電路原理圖可知，單片機利用I/O口直接驅(qū)動和控制基色LED燈光，并采用PWM波形調(diào)節(jié)脈沖寬度，從而改變LED的占空比，使其平均工作電壓發(fā)生變化。這樣，彩燈內(nèi)部的3種基色LED即可混色出不同的色彩。 系統(tǒng)技術(shù)方案PWM調(diào)制是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵之一，本設計采用兩個計數(shù)/計時器，通過比較它們的狀態(tài)來調(diào)節(jié)基色LED的亮度。以紅色LED的控制為例，利用C語言偽代碼描述PWM的實現(xiàn)過程。實現(xiàn)偽代碼如下：bool LED(void){ for(。t1++){ if(t1t2)red=1。elsered=0。if(f1ms){ f1ms=0。t2++。if(t2=255)return 0。}return 1。}系統(tǒng)可呈現(xiàn)7種彩色燈光，分別對應圖22中T2~T8狀態(tài)。T1狀態(tài)為系統(tǒng)保留，它代表白色光。因此，系統(tǒng)主要同這4種狀態(tài)的模塊組成，每一種狀態(tài)對應于設定的中斷號。當彩燈的色彩發(fā)生變換時，一定會進入某個中斷子程序，并且由此中斷的中斷點開始按順序進入下一中斷子程序；否則，系統(tǒng)中斷不發(fā)生轉(zhuǎn)換，彩燈固定在一種色彩燈光下。系統(tǒng)中斷轉(zhuǎn)換由主流程控制，主流程包括主程序模塊和各中斷模塊。圖25所示說明了若系統(tǒng)由T5狀態(tài)開始，發(fā)生順序轉(zhuǎn)換的過程。T5至T6的狀態(tài)轉(zhuǎn)換程序代碼如下：JBS FLAG,DIRECT_FJMP LOOP_T5BC FLAG,DIRECT_FJMP LOOP_T60LT5: BS PORT5,1 JBS FLAG,DIRECT_F JMP LOOP_T5 BC FLAG,DIRECT_F狀態(tài)5：綠色漸暗狀態(tài)6：紅色漸亮狀態(tài)7：藍色漸暗狀態(tài)1：紅色漸亮狀態(tài)2：綠色漸亮狀態(tài)3：紅色漸暗狀態(tài)8：紅色漸暗狀態(tài)4：藍色漸亮圖25 系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換4. 系統(tǒng)計數(shù)器的使用方法PWM的實現(xiàn)過程中使用了兩個計數(shù)器CNT1和CNT2，通過技術(shù)比較來判定LED燈泡是否點亮：若CNT1CNT2,LED燈泡由熄滅狀態(tài)進入點亮狀態(tài)；若CNT1CNT2,LED燈泡由點亮狀態(tài)進入熄滅狀態(tài)。各基色LED燈泡是串行連接的，并且只需改變一種基色LED燈泡的狀態(tài)便能實現(xiàn)色彩的變換，因此，系統(tǒng)計數(shù)器CNT1和CNT2只設立一組。如果當前改變的是紅色LED燈泡的